Un equipo de físicos de la Universidad de Yale ha descubierto indicios de la existencia de un «cristal de tiempo» en el lugar que menos se esperaban: en el interior de un cristal «normal» y que bien podríamos encontrar en ciertos juguetes infantiles. El hallazgo ha abierto nuevos interrogantes y deja claro que sabemos aún muy poco sobre cómo se forman estas estructuras que desafían abiertamente las leyes de la Física.

Los cristales convencionales, como la sal, el cuarzo, los copos de nieve o los diamantes, tienen sus átomos ordenados en patrones muy estables y que se repiten una y otra vez en las tres dimensiones espaciales. En los cristales de tiempo, sin embargo, los átomos también se mueven siguiendo un patrón que se repite, aunque lo hace en el tiempo, y no en el espacio. Seguir un patrón temporal (en vez de espacial) implica que los átomos de un cristal de tiempo nunca se acomodan en su estado fundamental, cosa que sí hacen los átomos de los cristales convencionales. Por lo general, cuando un material está en su estado fundamental (estado de mínima energía, también conocido como energía de punto cero de un sistema) su movimiento es imposible, porque eso requeriría un gasto de energía de la que ese sistema ya no dispone.

Por eso, los cristales «normales» permanecen inmóviles, ya que están en equilibrio y en su estado fundamental. Pero los cristales de tiempo tienen, repetimos, una estructura que no se repite en el espacio, sino en el tiempo, y por lo tanto siguen oscilando incluso en su estado fundamental. Es decir, nunca alcanzan el equilibrio y, literalmente, no pueden permanecer quietos. Lo más perturbador es que esa oscilación cíclica y repetida tiene lugar una y otra vez sin necesidad de utilizar energía alguna. Ante este panorama, los físicos se sienten como exploradores que entraran por primera vez en un continente totalmente desconocido.

La existencia de los cristales de tiempo fue propuesta por primera vez en 2012 por el Nobel de Física Frank Wilczek, del Instituto de Tecnología de Massachussetts, que fue el primero en imaginar un estado de la materia en la que los átomos se movieran en un patrón que se repite en el tiempo, y no en el espacio. Una idea que en aquél momento fue ampliamente criticada por la mayor parte de la comunidad científica. Más tarde, en 2016 y ante la incredulidad general, un equipo de físicos de la Universidad de California y la Estación Q de Microsoft demostró que los cristales de tiempo podían, efectivamente, existir en el mundo real. El trabajo se publicó a finales de agosto de 2016 en la revista Physical Review Letters, y fue recogido por ABC el 12 de septiembre de ese mismo año.

Pero el auténtico «bombazo» no llegó hasta enero de 2017, cuando dos grupos independientes de investigadores, de las Universidades de Maryland y Harvard lograron, cada uno por su cuenta y usando técnicas diferentes, crear cristales de tiempo en sus laboratorios, noticia que también fue recogida por nuestro diario. En marzo de ese mismo año, el hallazgo se publicó en Nature, que avaló así el nacimiento de toda una nueva rama de la Física y dio carta de identidad a algo que hasta ese momento se consideraba una mera especulación. La creación de cristales de tiempo nos conduce hacia formas aún inexploradas de la materia y abre las puertas a una realidad que hasta hace poco se consideraba poco más que un juego matemático.

Ahora bien, una cosa es crear cristales de tiempo en complicados experimentos de laboratorio en los que todas las condiciones están milimétricamente pensadas para observarlos, y otra muy diferente es encontrárselos en el interior de un material convencional y que puede estar, incluso, al alcance de los niños.

El hallazgo de los investigadores de Yale se describe minuciosamente en dos artículos recién publicados en las revistas Physical Review Letters y Physical Review B. Ambos estudios representan el segundo experimento conocido que ha sido capaz de observar la firma reveladora de un cristal de tiempo dentro de un sólido. «Decidimos tratar de buscar los cristales de tiempo por nosotros mismos -afirma el profesor de física de Yale Sean Barrett, investigador principal de los dos nuevos estudios-. Mi estudiante Jared Rovny había hecho crecer cristales de fosfato de monoamonio (MAP) para un experimento completamente diferente, así que probamos con algo que ya teníamos en nuestro laboratorio». Los cristales de MAP se consideran tan fáciles de cultivar que a veces se incluyen en kits de cultivo de cristales destinados a los más pequeños. Según Barret, encontrar un cristal de tiempo dentro de un cristal MAP es algo fuera de lo corriente, porque hasta ahora se pensaba que los cristales de tiempo solo se formaban en el interior de cristales con un mayor desorden interno».

Utilizando resonancias magnéticas nucleares, los investigadores se sorprendieron al encontrar tan rápidamente lo que buscaban: la «firma» inconfundible que delataba la presencia de cristales de tiempo. «Nuestras mediciones resultaron bastante sorprendentes desde el principio -explica Barret-. Nuestro trabajo sugiere que un cristal de tiempo podría encontrarse, en principio, buscando en un simple kit de cultivo de cristales para niños». Pero no fue ese el único resultado inesperado. «También nos dimos cuenta -asegura Robert Blum, estudiante de posgrado en Yale y coautor del estudio- de que encontrar la firma de un cristal de tiempo no probaba necesariamente que el sistema tuviera una memoria cuántica que revelara cómo llegó a formarse». Lo cual, según otro de los firmantes de la investigación, «nos estimuló a probar un «eco» de cristal de tiempo, que finalmente reveló la coherencia oculta, o el orden cuántico, que había dentro del sistema».

Según Barret, los resultados de su equipo «suponen un rompecabezas para los teóricos que intentan comprender cómo se forman los cristales de tiempo. Es demasiado pronto para saber cómo se resolverá la teoría actual sobre los cristales de tiempo. Lo que es seguro es que muchos tendrán que seguir trabajando en esta cuestión por lo menos durante los próximos años».